Stevenson-suoja ESP32 LoRaWAN-sääasemalle — parametrinen 3D-tulostettu kotelo

Tämä on ESP32-pohjaisen LoRaWAN-sääasemaprojektini kotelointi. Elektroniikka, laiteohjelmisto (MicroPython ja C++), kytkentäkuvat ja rakennusohjeet löytyvät lorawan-repositoriosta Codebergissä. Tässä postauksessa käsitellään mekaaninen suunnittelu: täysin parametrinen Stevenson-suoja, joka on suunniteltu Fusion360:llä FDM-tulostusta varten valkoisesta PETG:stä.

Mikä on Stevenson-suoja?

Stevenson-suoja (tai Stevenson screen) on meteorologinen vakiorakenne, joka suojaa antureita sateelta ja auringonsäteilyltä mahdollistaen samalla vapaan ilmankierron. Lamellirakenteen ansiosta sensori pysyy varjossa ympäristön lämpötilassa, mikä on oleellista tarkan lämpötila- ja kosteusmittauksen kannalta. Tässä suunnittelussa sama periaate on toteutettu seinäkiinnikkeisenä, 3D-tulostettavana ratkaisuna integroidulla elektroniikkakotelolla ja aurinkosähköllä.

Elektroniikka

Elektroniikka on kuvattu tarkemmin LoRaWAN-repositoriossa. Lyhyesti:

• MCU: ESP32-WROOM32 SMD ultra-low-power (ULP) -tilassa
• Radio: RFM95W 868 MHz LoRa-moduuli
• Sensori: BME280 — lämpötila, kosteus, paine
• Virta: CN3791 MPPT-aurinkosähkölaturin ohjain + NCR18650-kenno + 6V 133×73 mm monoaurinkopaneeli
• Regulaattori: HT7833 3,3V LDO

KiCad-kytkentäkaavio — ESP32 ULP + RFM95W + BME280, Rev 3, 28.4.2026

Ensimmäinen prototyyppi-PCB — sopii suojan jalustaan

Mekaaninen suunnittelu

Koko kokoonpano — neljä lehteä, kupolikansi, seinäkiinnike ja aurinkopaneeli oletuskallistuksessa 40°

Parametrinen Fusion360-malli

Koko suunnittelu on tehty parametrisesti. Kaikki mitat — putken halkaisija, kitkaväli, lehtien välistys, seinämäpaksuus — ovat parametritaulukossa. Geometria on linkitetty projektioin ja rakenteellisin constraintein (midpoint, parallel, coincident), joten yhden arvon muuttaminen päivittää koko mallin automaattisesti. Sketcheissä ei ole yhtäkään kovakoodattua mittaa.

Käytännössä: lataa F3D-tiedosto ja muuta putken halkaisijaa — bajonetinlukitus, kitkaväli ja kaikki sovituspinnat päivittyvät mukana.

Osat

Kokoonpano koostuu viidestä tulostettavasta osasta:

Lehdet (×4 tai enemmän)

Yksittäinen lehti alapuolelta — bajonetinlukitustapat ja tuuletusaukot näkyvissä

Yksi lehti on 80 mm korkea ja 172 mm (2×86 mm) leveä. Lehdet menevät teleskoopmaisesti sisäkkäin: yläpää on hieman kapeampi, joten se menee 50 mm alempaan lehteen — neljällä lehdellä kokonaiskorkeus on 230 mm. Lehdet ovat symmetrisiä, eli niitä voi tulostaa haluamansa määrän ja pinota sopivaan korkeuteen. Bajonetinlukitustapat näkyvät sisäputkessa; neljänneskierros lukitsee lehden kiinni.

Tuuletusaukot alapohjassa mahdollistavat ilmankierron estäen sateen pääsyn sisälle

Jalusta (elektroniikkakotelo)

Yläkuva kansi irrotettuna — ESP32-PCB-pidike istutettuna jalustaan

Jalusta ilman lehtiä — PCB-alusta, bajonettirengas ja seinäkiinnike näkyvissä

Jalustaan on istutettu ESP32-PCB, 18650-akku (sijoitettu alimmaksi painopisteen optimoimiseksi seinäkiinnikkeen suhteen), CN3791 MPPT-moduuli ja HT7833-regulaattori. Erillinen PCB-alusta pitää elektroniikan paikallaan. BME280-sensori osoittaa ylöspäin aukon läpi varjoisaan ilmatilaan lehtipinon sisällä.

Seinäkiinnike on 4 mm paksu ja kestää koko kokoonpanon painon. Ruuvireijät näkyvät renderissä. Aurinkopaneelin johdotus kulkee vesilenkillä — kaapeli laskeutuu alas ja nousee takaisin ylös ennen koteloon menoa, mikä estää kapillaarisen veden pääsyn sisälle.

Kansi (kupoli)

Kupolikansi istuu ylimmän lehden päälle ja tiivistää kokoonpanon. Se lukittuu samalla bajonettimekanismilla. Tilavuus: 54 546 mm³.

Aurinkopaneelin nivelrengas ja varsi

Yläkuva — aurinkopaneeli taitettuna sivulle

Aurinkopaneeli (6V mono, 133×73 mm) on kiinnitetty nivelvarteen, joka mahdollistaa:

• Vertikaalinen kallistus: säädettävissä nivelestä, oletuskulma 40°
• Horisontaalinen suuntaus: lähes 360° kierto perusrenkaan ympäri

Asetetaan kerran asennuksen yhteydessä kohti etelää sopivaan kallistuskulmaan leveysasteelle (Suomessa noin 45–55°). Ei moottoreita, ei elektroniikkaa — täysin mekaaninen säätö.

Tulostus

Tulosta ensin yksi lehti ja tarkista bajonettisovitus ennen kuin tulostat kaikki neljä.

Lataus

Fusion360-suunnittelutiedosto (F3D) on ladattavissa ja katseltavissa osoitteessa:

Autodesk360 — Stevenson Shield ESP32

Sieltä voit viedä STL-tiedostot haluamistasi osista ja slicata omalla slicerillasi. Kaikki osat on mallinnettu tulostusasentoon — ei tarvetta kääntää.

Lisenssi

Kaikki suunnittelutiedostot julkaistaan lisenssillä CC BY-NC 4.0 — vapaa käyttö, muokkaus ja jakaminen ei-kaupallisiin tarkoituksiin, maininnalla.